11 微生物生物转化产生的锂胆酸α-羟基化衍生物及其抗衰老作用

《Steroids》：11 α-hydroxylated derivatives of lithocholic acid produced by microbial biotransformation and their anti-aging effects

　　• 由黄曲霉产生了7种11α-羟基化LCA衍生物。• 羟基化、甲酯化和乙酰化使LCA衍生物多样化。• 大多数衍生物在秀丽隐杆线虫中对母体LCA表现出更优的抗衰老活性。• 甲基/乙酰基修饰显著提高了LCA的抗衰老活性。**引言**胆汁酸，包括胆酸（CA）、熊去氧胆酸（UDCA）、脱氧胆酸（DCA）和石胆酸（LCA），是一类甾体来源的两亲性分子，主要分布在脊椎动物胆汁系统中。大量研究已证实，胆汁酸作为多效性信号分子，调节着广泛的生理功能。其调节作用涵盖消化代谢、胆汁分泌和胆固醇稳态。石胆酸（LCA）通常被认为是一种低价值胆汁酸资源。它具备多种药理学性质，包括抗病毒、抗炎、抗衰老和抗肿瘤活性。鉴于其固有的生物潜力，LCA已被广泛作为核心分子骨架，通过化学合成和生物转化策略进行结构修饰，这有效优化了其理化特性和生物效力，并促进了其作为有前途的治疗候选药物的开发。然而，LCA固有的结构特征严重限制了传统化学结构修饰的效率和适用性。作为典型的甾体胆汁酸，LCA具有刚性的四环甾体骨架，结构柔韧性低，且仅在C-3位含有单个羟基作为主要活性反应位点，缺乏丰富和多样的可修饰官能团。此外，其甾体骨架的特殊空间位阻容易导致有机合成中反应选择性差，经常引起副反应、过度氧化或非特异性修饰。而且，化学修饰反应通常需要高温、高压和有毒有机溶剂等苛刻条件，这不仅导致目标产物产率低和复杂的后纯化程序，还容易破坏LCA甾体骨架的固有活性构象，损害其生物活性。这些缺点大大限制了LCA通过化学方法实现绿色、高效和定向结构修饰。相比之下，微生物生物转化作为一种优越的替代策略，能够克服化学修饰的瓶颈。借助微生物的特异性催化酶，该方法能在常温常压和环保反应体系下实现LCA的位点特异性、定向和温和的结构修饰。它可以在不损害LCA核心甾体结构的情况下，精确实现LCA骨架上的官能团羟基化、环氧化、脱氢等定向修饰，这有效提高了反应选择性和产物收率。此外，微生物转化具有操作简单、成本低和环境相容性的特点，更适合低价值LCA的高值化转化和工业化开发，在胆汁酸衍生物的结构优化和药物开发中显示出独特优势和广阔的应用前景。最近的研究已验证LCA具有显著的抗衰老生物活性。作为饮食限制诱导的长寿调节的关键介质，LCA主要通过激活AMPK信号轴、改善线粒体能量代谢、触发细胞自噬和抑制持续性慢性炎症反应来改善与年龄相关的功能障碍。然而，现有研究主要集中于原始LCA单体的抗衰老效应和分子机制。关于LCA结构衍生物抗衰老疗效的相关研究和系统调查仍然稀缺，这大大限制了胆汁酸化合物抗衰老潜力的深入探索和高值化利用。黄曲霉是一种常见分离自土壤和植物基质的微生物物种。早在1956年，这种真菌就被作为甾体化合物微生物转化的生物催化菌株加以利用。该菌株的一个记录详实的特征在于其催化11α-羟基化反应的显著能力，这使其对广泛范围的甾体底物具有优异的生物转化活性。在本研究中，系统探索了真菌菌株黄曲霉CGMCC 3.5324介导的石胆酸生物转化特性。从生物转化系统中成功分离并鉴定了7种11α-羟基化代谢物，其中4种化合物被表征为先前未描述的新结构。此外，利用经典的秀丽隐杆线虫模型进一步验证了所有获得衍生物的抗衰老生物活性。通过检测和线虫寿命延长能力以及运动活动改善效应，对其抗衰老潜力进行了初步评估。**章节片段****通用实验程序和试剂**旋光度值使用JASCO P-1020数字旋光仪（JASCO，日本）进行测量。核磁共振（NMR）波谱在Bruker AVANCE NEO-600波谱仪（Bruker，德国）的CD?OD中采集。高分辨电喷雾离子质谱（HR-ESI-MS）分析使用Agilent 6540 UHD Accurate-Mass Q-TOF质谱仪（美国加利福尼亚州圣克拉拉）完成。分析色谱在带有二极管阵列检测器的Shimadzu LC-2030C 3D系统上实施。**结构鉴定**生物转化过程导致分离出未描述的化合物4–7，以及已知化合物1–3（图1）。通过与先前报道数值的波谱数据进行比较分析，将这三种已知化合物鉴定为3α,11α-二羟基-5β-胆烷-24-酸（1）、3α,11α-二羟基-5β-胆烷-24-酸甲酯（2）和3α,11α,12β-三羟基-5β-胆烷-24-酸（3）。化合物4以白色粉末形式获得，分子式为C??H??O?。**结论**在本研究中，通过黄曲霉介导的生物转化成功产生了7种11α-羟基化石胆酸（LCA）衍生物（4种未描述的和3种已知类似物），这些衍生物通过区域选择性羟基化、羧酸盐甲酯化和羟基乙酰化诱导了LCA的多种结构修饰。使用秀丽隐杆线虫模型进行生物活性评估表明，大多数生物转化衍生物表现出优于母体LCA的抗衰老效果。**CRediT作者贡献声明**Wuqi Wang：撰写 – 初稿，方法学，数据整理。Yao Shi：方法学，调查，数据整理。Yaoyu Liu：数据整理。Liutong Guan：形式分析。Wen Xu：方法学。Guangtong Chen：撰写 – 审阅与编辑，项目管理，概念构思。Chengniu Wang：撰写 – 审阅与编辑，方法学，数据整理，概念构思。**利益冲突声明**作者声明他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本文报道的工作。**致谢**本工作得到南通科学技术局自然科学基金项目（MS12022026）、江西中医药大学开放基金项目（Zdsys-202402）的资金支持。Wuqi Wang|Yao Shi|Yaoyu Liu|Liutong Guan|Wen Xu|Guangtong Chen|Chengniu Wang